ĐO KHOẢNG CÁCH TRONG KHÔNG GIAN BẰNG SÓNG SIÊU âm DÙNG PIC (có code và layout)

ĐỒ ÁN 2

Đề tài: ĐO KHOẢNG CÁCH TRONG
KHÔNG GIAN BẰNG SÓNG SIÊU ÂM


MỤC LỤ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...............................................................................................VI
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................................VII
CHƯƠNG 1.. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG......................................................................1
1.1

GIỚI THIỆU CHUNG........................................................................................................1

1.1.1

Giới thiệu về ứng dụng của đề tài..........................................................................1

1.1.2

Yêu cầu nghiên cứu của đề tài...............................................................................1

1.2

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG..................................................................................................2

1.3

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH.............................................................................2

CHƯƠNG 2.. TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH.........................................3
2.1

CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF05............................................................................................3

2.1.1

SRF05.....................................................................................................................3

2.1.2

Nguyên lý hoạt động...............................................................................................4

2.1.3

Tính toán khoảng cách...........................................................................................7

2.2

VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A........................................................................................9

2.2.1

Tổng quan về PIC 16F877A.................................................................................10

2.2.2

Các chức năng cơ bản..........................................................................................10

2.3

ĐIỆN TRỞ.....................................................................................................................13

2.4

BIẾN TRỞ.....................................................................................................................13

2.5

IC 7805........................................................................................................................14

2.6

MÀN HÌNH LCD 16X2.................................................................................................14

2.7

LINH KIỆN KHÁC..........................................................................................................16

CHƯƠNG 3.. THIẾT KẾ MẠCH TRÊN PHẦN MỀM....................................................17
3.1

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.......................................................................................................17

3.2

MẠCH NGUỒN..............................................................................................................17

3.3

MẠCH XỬ LÍ................................................................................................................18

3.4

MẠCH HIỂN THỊ...........................................................................................................18


CHƯƠNG 4.. THI CÔNG MẠCH VÀ SẢN PHẨM THỰC TẾ......................................19
4.1

MẠCH LAYOUT............................................................................................................19

4.2

MẠCH IN......................................................................................................................19

4.3

MẠCH THỰC TẾ...........................................................................................................20

4.4

SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN.....................................................................................................21

CHƯƠNG 5.. KẾT LUẬN PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................22
5.1

KẾT LUẬN....................................................................................................................22

5.2

PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN......................................................................................22
PHỤ LỤC.....24


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI..........................................................................................................2
HÌNH 2.1.1 CẢM BIẾN SRF05..............................................................................................3
HÌNH 2.2 PIC 16F877A VÀ SƠ ĐỒ CHÂN.........................................................................9
HINH 2.3 KÍ HIỆU VÀ HÌNH ẢNH THỰC TẾ................................................................13
HÌNH 2.4 HÌNH ẢNH THỰC VÀ KÍ HIỆU......................................................................13
HÌNH 2.5 IC ỔN ÁP 7805......................................................................................................14
HÌNH 2.6 LCD........................................................................................................................14
HÌNH 3.1 MẠCH TỔNG.......................................................................................................17
HÌNH 3.2 MẠCH NGUỒN....................................................................................................17
HÌNH 3.3 VI XỬ LÝ TRUNG TÂM....................................................................................18
HÌNH 3.4 LCD HIỂN THỊ....................................................................................................18
HÌNH 4.1 LAYOUT................................................................................................................19
HÌNH 4.2 MẠCH IN..............................................................................................................19
HÌNH 4.3 MẠCH THỰC TẾ................................................................................................20


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
GND

Ground

PIC

Personal Intelligent Circuit

LCD

Liquid Crytal Display

IC

Intergrated Circuit

LED

Light Emitting Diode

SR

Sonic Rangers


ĐỒ ÁN 2
Trang 1/27

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Giới thiệu về ứng dụng của đề tài
-Đo khoảng cách trong không gian dùng sóng siêu âm được ứng dụng rất nhiều
trong công nghiệp và rất tiện lợi, ứng dụng sự phát sóng đi và song phản xạ về để
đo khoảng cách.

-Khi cài đặt được ngưỡng cho phép ta dùng còi Buzzer để báo động có va chạm
khi có vật cản tiến gần và cảnh báo quá tầm đo khi vật cản nằm cách xa quá mức
cho phép đo.
1.1.2 Yêu cầu nghiên cứu của đề tài
-Tìm hiểu PIC, nguyên lý hoạt động sóng siêu âm.
-Tìm hiểu nguyên lý đo khoảng cách và hiển thị LCD.
-Báo động khi vượt quá khoảng cách cho phép.
-Cài đặt được ngưỡng cho phép.
-Mô phỏng mạch bằng Proteus.
-Hoàn thiện mạch và viết báo cáo.

1.2 Sơ đồ khối hệ thống

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 2/27

Hình 1.2 Sơ đồ khối
Chức năng của từng khối:





Khối nguồn: Cấp nguồn vào là 9V
Khối cảm biến: Cảm biến siêu âm SRF05
Khối xử lý: PIC16F877A nhận tín hiệu từ cảm biến, tính toán, xử lý.
Khối hiển thị: Nhận tín hiệu và kết qua sau đó hiển thị ra màn hình LCD.

1.3 Nguyên lý hoạt động của mạch
Sau khi có xung kích vào chân Trigger thì cực phát của cảm biến sẽ phát ra 8
xung của sóng âm thanh ( v= 340m/s)
Ngay sau đó pin Echo ở vi điều khiển sẽ đè kéo lên cao và đợi sóng âm thanh
phản xạ lại. Khi có sóng siêu âm phản lại thì Echo ở mức thấp. Khoảng Echo ở mức
cao sẽ là lúc vi xử lý tính toán và đưa ra khoảng cách thông qua LCD hiển thị ra.

CHƯƠNG 2.

TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH

2.1 Cảm biến siêu âm SRF05
2.1.1

SRF05

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 3/27

Hình 2.1.1 Cảm biến SRF05

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Đo cách trong không gian

ĐỒ ÁN 2
Trang 4/27

-Cảm biến siêu âm SRF05 cũng hoạt động theo như nguyên tắc ở trên, thiết bị
gồm có 2 loa - thu và phát - cùng với 5 chân để kết nối với Arduino. Theo tài liệu
của nhà sản xuất thì tầm hoạt động tối đa của cảm biến này nằm trong khoảng
5m.

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 5/27

+Cách 1 – Tách riêng chân TRIGGER và ECHO
Modun cảm biến SRF05 có hai chân TRIGGER và ECHO riêng biệt. Khi chân
MODE để trống (chân MODE có điện trở kéo lên VCC, khi để trống nó sẽ nhận
mức điện áp VCC) SRF05 sẽ sử dụng cả 2 chân chức năng TRIGGER và ECHO
cho việc điều khiển hoạt động của cảm biến.

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 6/27

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2

Trang 7/27

Chức năng các chân:

C
2.1.2 Tính toán khoảng cách
-Đo khoảng cách chính là đo thời gian chân Echo ở mức cao.
-Đo thời gian chân Echo có thể dùng bộ timer hoặc vi điều khiển.
-Để đo khoảng cách ta làm các bước như sau:
 Kích chân Trigger: xuất ra mức 1 và delay tối thiểu 10ms
 Đợi chân Echo lên mức cao

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 8/27

 Kích hoạt timer:
 Đợi chân Echo xuống thấp
 Cho phép ngắt cạnh xuống

2.2 Vi điều khiển PIC 16F877A

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 9/27

Hình 2.2 PIC 16F877A và sơ đồ chân

2.2.1 Tổng quan về PIC 16F877A
2.2.2 Các chức năng cơ bản

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 10/27

-Khả năng của PIC

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 11/27

-

Chức năng thanh ghi ANSELH, ANSEL:

Hai thanh ghi này có tổng cộng 14bit từ ANS0 đến ANS13, sẽ quy định tín hiệu làm
việc của các chân từ AN0 đến AN13 là tín hiệu Digital hay tín hiệu Analog.
• ANSx=0: Cho phép chân ANx xử lý tín hiệu số.
• ANSx=1: Cho phép chân ANx xử lý tín hiệu tương tự.
•

TRISxy=0:Quy định bit thứ y của PORTx là ngõ ra (0= Output)

•

TRISxy=1:Quy định bit thứ y của PORTx là ngõ vào (1=Input)

(Trong đó x=A,B,C,D,E ; y=0-7)
Chú ý : PORTE chỉ có 4 bit thấp : TRISE0, TRISE1, TRISE2, TRISE3.
-

Chức năng của thanh ghi PORT:

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 12/27

TA CÓ BẢN TÓM TẮT

2.3 Điện trở
-Dùng để hạn dòng .Chính xác hơn là tạo ra dòng điện có giá trị xác định nhờ
định luật Ôm có thể tính được.

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 13/27

-Phân loại: Trên thị trường có nhiều loại điện trở khác nhau. Tuỳ nhiệm vụ của

bạn mà dùng các loại trở khác nhau.

Hinh 2.3 Kí hiệu và hình ảnh thực tế

2.4 Biến trở
Biến trở là điện trở có thể thay đổi được, có ki hiệu là RV.

Hình 2.4 Hình ảnh thực và kí hiệu

2.5 Ic 7805

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 14/27

Hình 2.5 IC ổn áp 7805

-IC được thiết kế để ổn định đầu ra cho mạch nguồn cáp là 5V, tất cả các họ 78xx
đều cho ra nguồn dương, ngược vs dòng 78xx là 79xx sẽ cho đầu ra là nguồn âm.
2.6 Màn hình LCD 16x2

Hình 2.6 LCD

-

Chức năng các chân :

Đo cách trong không gian

ĐỒ ÁN 2
Trang 15/27

* Ghi chú :

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 16/27

Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân
DBx.
Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông
qua các chân DBx.
2.7 Linh kiện khác

Pin 9V

Connector

Đèn Led

CHƯƠNG 3.
3.1 Sơ đồ nguyên lý
Đo cách trong không gian

Buzzer

THIẾT KẾ MẠCH TRÊN PHẦN MỀM


ĐỒ ÁN 2
Trang 17/27

Hình 3.1 Mạch tổng

3.2 Mạch nguồn

Hình 3.2 Mạch nguồn

3.3 Mạch xử lí

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 18/27

Hình 3.3 Vi xử lý trung tâm

3.4 Mạch hiển thị

Hình 3.4 LCD hiển thị

CHƯƠNG 4.

THI CÔNG MẠCH VÀ SẢN PHẨM THỰC TẾ

4.1 Mạch Layout

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 19/27

Hình 4.1 Layout

4.2 Mạch in

Hình 4.2 Mạch in

4.3 Mạch thực tế
Khi vật nằm trong khoảng báo động:

Đo cách trong không gian


ĐỒ ÁN 2
Trang 20/27

Khi vật nằm trong khoảng cách cho phép:

HÌNH 4.3 MẠCH THỰC TẾ

4.4 Sơ đồ thuật toán

Trigger/ Echo mức cao
Trigger/ Echo mức thấp

Đo cách trong không gian

Hiển
Còi báo
thị ra
động
LCD
Yes
Tính
toán
kết
quả

NO